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DE19920225B4 - Process for the production of reinforcing and / or process fibers based on vegetable fibers - Google Patents

Process for the production of reinforcing and / or process fibers based on vegetable fibers Download PDF

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DE19920225B4
DE19920225B4 DE19920225A DE19920225A DE19920225B4 DE 19920225 B4 DE19920225 B4 DE 19920225B4 DE 19920225 A DE19920225 A DE 19920225A DE 19920225 A DE19920225 A DE 19920225A DE 19920225 B4 DE19920225 B4 DE 19920225B4
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fiber
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Karl-Heinz Hensel
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ECCO GLEITTECHNIK GmbH
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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Verstärkungs- und/oder Prozeßfasern auf der Basis von Pflanzenfasern, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial in einer Wirbelluftmahlanlage gemahlen wird.method for the production of reinforcing and / or process fibers based on vegetable fibers, characterized in that the fiber material is ground in a fluidized air mill.

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Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verstärkungs- und/oder Prozeßfasern auf der Basis von Pflanzenfasern, deren Elementarfasern fibrilliert sind.The The present invention relates to a process for the preparation of gain and / or process fibers based on plant fibers whose elementary fibers fibrillate are.

Pflanzenfasern umfassen beispielsweise Bastfasern, die aus den Pflanzenstengeln von Faserpflanzen gewonnen werden. Die Bastfasern setzen sich aus Fasern zusammen, bei denen mehrere Elementarfasern, die Einzelzellen darstellen, zu Faserbündeln vereinigt sind. Bei der Fibrillierung wird eine Elementarfaser, die typischerweise einen Durchmesser zwischen 10 μm und 30 μm besitzt, seitlich in feinere Fasern, die als Fibrillen bezeichnet werden, aufgespalten. Die Länge solcher Fibrillen ist typischerweise kleiner als 300 μm und ihr Durchmesser zwischen 1 μm und 5 μm. In der Regel bleiben die Fibrillen bei der Fibrillierung an einem Ende mit der Faser verbunden.plant fibers For example, bast fibers include those from plant stems obtained from fiber plants. The bast fibers settle out Fibers composed of several elementary fibers, the single cells to fiber bundles united. In the fibrillation is an elementary fiber, the typically has a diameter between 10 microns and 30 microns, laterally in finer Fibers, which are called fibrils, split. The length of such Fibrils are typically smaller than 300 microns and their diameter is between 1 μm and 5 μm. In usually the fibrils remain fibrillated at one end connected to the fiber.

Des weiteren weisen die Pflanzenstengel von Bastfaserpflanzen Scheben auf. Darunter versteht. man die nicht Bastfasern enthaltenen holzigen Bestandteile der Faserpflanzen.Of further, the plant stems of bast fiber plants have shives on. Under it understands. the woody bark fibers are not included Components of fiber plants.

Herkömmlicherweise werden Verstärkungs- oder Prozeßfasern auf der Basis von synthetischen Aramidfasern hergestellt, die mittels spezieller Mühlen fibrilliert werden. In 4 ist eine Mikroskopaufnahme einer fibrillierten Aramidfaser dargestellt. Durch die Fibrillierung erhält eine Faser makroskopisch einen wolligen Habitus.Conventionally, reinforcing or processing fibers are made on the basis of synthetic aramid fibers which are fibrillated by means of special mills. In 4 a micrograph of a fibrillated aramid fiber is shown. Fibrillation gives a fiber a macroscopic woolly habit.

Als Prozeßfasern haben fibrillierte Aramidfasern günstige Wirkungen auf die Verarbeitungseigenschaften in Verbundwerkstoffen der chemischen Industrie, wie beispielsweise in Reibbelägen und Dichtungen. Dabei zeichnen sich die Aramidfasern dadurch aus, daß mit ihnen ein besonders hoher Fibrillenanteil bei der Fibrillierung erreicht werden kann.When process fibers fibrillated aramid fibers have beneficial effects on processing properties in composites of the chemical industry, such as in friction linings and seals. The aramid fibers are characterized thereby, that with they have a particularly high proportion of fibril during fibrillation can be achieved.

Nachteilig an fibrillierten Aramidfasern ist jedoch, daß sie sehr teuer sind und giftige Zersetzungsprodukte, wie beispielsweise Blausäure, bei hohen Temperaturen freisetzen können, so daß ihre Entsorgung problematisch ist.adversely however, fibrillated aramid fibers are very expensive and toxic Decomposition products, such as hydrocyanic acid, at high temperatures can release so that theirs Disposal is problematic.

Des weiteren gibt es Verstärkungs- oder Prozeßfasern auf der Basis von Pflanzenfasern bzw. organischen Naturfasern. Derartige Fasern sind in der DE 197 03 634 A1 beschrieben. Die dort beschriebenen Fasern können durch Aufschluß mittels Ultraschall gewonnen werden, wobei die Fasern aus dem in den Stengeln vorhandenen Verbund herausgelöst werden und ein Vereinzeln der Fasern erfolgt. Es ist bekannt, derartige Fasern naß zu mahlen. Auf diese Weise erhielt man jedoch bisher einen anderen Fasertyp, nämlich eine sehr kurze, zerriebene Elementarfaser. Den typischen Aufbau einer fibrillierten Faser, die Elementarfasern mit einem mittleren Durchmesser von ungefähr 15 μm und an einem Ende mit diesen verbundene Fibrillen mit einem mittleren Durchmesser von kleiner als 5 μm aufweist, erhält man mit einem derartigen Naßmahlverfahren nicht. Die unten erläuterte spezifische Oberfläche nach Blaine-Dyckerhoff ist bei diesen naß zermahlenen Fasern allerdings relativ hoch. Die Ursache hierfür liegt jedoch nicht in einem hohen Fibrillierungsgrad, wie er hier definiert ist, sondern in der starken Einkürzung der Fasern. Bisher konnten somit Fasern auf der Basis von Pflanzenfasern synthetische fibrillierte Aramidfasern nicht ersetzen.Furthermore, there are reinforcing or processing fibers based on plant fibers or organic natural fibers. Such fibers are in the DE 197 03 634 A1 described. The fibers described therein can be obtained by digestion by means of ultrasound, wherein the fibers are dissolved out of the existing in the stems composite and a separation of the fibers takes place. It is known to wet wet such fibers. In this way, however, one has previously received another type of fiber, namely a very short, crushed elementary fiber. The typical structure of a fibrillated fiber having elemental fibers having an average diameter of about 15 microns and at one end with these associated fibrils having an average diameter of less than 5 microns is not obtained with such a wet grinding process. However, the Blaine-Dyckerhoff specific surface area explained below is relatively high in these wet-milled fibers. The reason for this, however, is not a high degree of fibrillation, as defined here, but the strong shortening of the fibers. So far fibers based on vegetable fibers could not replace synthetic fibrillated aramid fibers.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Verstärkungs- und/oder Prozeßfasern bereitzustellen, die auf Pflanzenfasern basieren und die synthetische fibrillierte Aramidfasern ersetzen können.It is therefore the object of the present invention, a method for the production of reinforcing and / or process fibers be based on plant fibers and the synthetic can replace fibrillated aramid fibers.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von auf Pflanzenfasern basierenden Verstärkungs- und/oder Prozessfasern bereitzustellen, die sich gut mit fibrillierten Aramidfasern mischen lassen.A Another object of the present invention is a method for the production of plant fiber-based reinforcing and / or to provide process fibers that fibrillated well Aramid fibers mix.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Verstärkungs- und/oder Prozessfasern auf der Basis von Pflanzenfasern wird das Fasermaterial in einer Wirbelluftanlage gemahlen. Durch die Verwendung einer derartigen Mahlanlage konnte eine besonders gute Fibrillierung der Elementarfasern der Pflanzenfasern erzielt werden. Vorteilhafterweise kann als Ausgangsmaterial durch Ultraschall aufgeschlossenes Fasermaterial, das ggf. auch noch Scheben umfassen kann, verwendet werden.at the method according to the invention for the production of reinforcing and / or process fibers based on plant fibers is the Milled fiber material in a fluidized air plant. By use Such a grinding plant could be a particularly good fibrillation the elementary fibers of the plant fibers are obtained. advantageously, can as a starting material by ultrasonically digested fiber material, which may also include shovels may be used.

Bei den erfindungsgemäß hergestellten Verstärkungs- und/oder Prozeßfasern auf der Basis von Pflanzenfasern, deren Elementarfasern fibrilliert sind, kann der Fibrillenanteil der Elementarfasern größer als 3 Flächenprozent und kleiner als 50 Flächenprozent sein. Bei einem derartig hohen Fibrillenanteil können die erfindungsgemäßen Verstärkungs- und/oder Prozeßfasern fibrillierte Aramidfasern in vielen Bereichen ersetzen.at the inventively prepared gain and / or process fibers based on plant fibers whose elementary fibers fibrillate the fibril content of the elementary fibers can be greater than 3 area percent and less than 50 area percent be. With such a high proportion of fibrils, the amplification and / or process fibers replace fibrillated aramid fibers in many areas.

Die erfindungsgemäßen Fasern können dabei beispielsweise auf Flachs-, Hanf-, Sisal-, Jute- oder Ramiefasern basieren. Vorteilhaft an der Verwendung derartiger Pflanzenfasern ist, daß sie einen wesentlich niedrigeren Preis als synthetische Aramidfasern besitzen und bei hohen Temperaturen bzw. bei der Entsorgung keinerlei ökologisch problematische Produkte entstehen.The fibers of the invention can in this case, for example, on flax, hemp, sisal, jute or ramie fibers based. Advantageous to the use of such plant fibers is, that you a much lower price than synthetic aramid fibers own and at high temperatures or disposal no ecological problematic products arise.

Es können die erfindungsgemäßen Fasern mit fibrillierten Aramidfasern gemischt werden, um so preislich günstigere Verstärkungs- und/oder Prozeßfasern herzustellen. Dabei kann der Gewichtsanteil der erfindungsgemäßen Fasern zwischen 10 % und 90 % liegen, wobei ein Gewichtsanteil zwischen 50 % und 80 % bevorzugt ist.It can the fibers of the invention be mixed with fibrillated aramid fibers, so priced favorable gain and / or process fibers manufacture. In this case, the proportion by weight of the fibers according to the invention between 10% and 90%, with a weight percentage between 50% and 80% is preferred.

Es können die erfindungsgemäßen Fasern entweder weitgehend schebenfrei sein oder aus einem Gemisch aus fibrillierten Fasern und Scheben bestehen. Dabei ist es je nach Anwendung vorteilhaft, entweder den Schebenanteil unter 10 Gew.-% zu halten oder einen hohen Schebengehalt zwischen 25 Gew.-% und 75 Gew.-% zu wählen. Ein derartiges Faser-Scheben-Gemisch hat den Vorteil, daß es kostengünstiger als reines Fasermterial ist. Ferner ist ein solches Gemisch bei einigen Anwendungen, wie z.B. bei Reibbelägen, bei denen zusätzliche Füllstoffe erwünscht sind, vorteilhaft.It can the fibers of the invention either largely free of shives or of a mixture fibrillated fibers and shives exist. It is depending on Application advantageous, either the proportion of shives below 10 wt .-% to keep or high heel content between 25 wt .-% and 75% by weight. Such a fiber-shaving mixture has the advantage that it is cheaper as a pure fiber material. Furthermore, such a mixture is at some applications, e.g. for friction linings, where additional fillers he wishes are, advantageous.

Es kann ein Reibbelag oder eine Dichtung hergestellt werden, die die erfindungsgemäßen Fasern um fassen.It a friction lining or a gasket can be made which is the fibers of the invention to grasp.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den Zeichnungen näher erläutert.in the Following are exemplary embodiments of the present invention with reference to the drawings.

1 zeigt eine Mikroskopaufnahme einer fibrillierten Hanffaser, 1 shows a microscope image of a fibrillated hemp fiber,

2 zeigt eine Mikroskopaufnahme eines Gemisches mit 80 fibrillierten Hanffasern und 20 % fibrillierten Aramidfasern, 2 shows a microscope image of a mixture with 80 fibrillated hemp fibers and 20% fibrillated aramid fibers,

3 zeigt eine Mikroskopaufnahme eines Gemisches mit 50 fibrillierten Hanffasern und 50 % fibrillierten Aramidfasern, 3 shows a microscope image of a mixture with 50 fibrillated hemp fibers and 50% fibrillated aramid fibers,

4 zeigt eine Mikroskopaufnahme einer herkömmlichen fibrillierten Aramidfaser. 4 shows a micrograph of a conventional fibrillated aramid fiber.

1. Erstes Ausführungsbeispiel:1. First embodiment:

Beim ersten Ausführungsbeispiel wurden die erfindungsgemäßen Fasern mittels einer Labormühle hergestellt. Als Labormühle wurde eine für einen anderen Einsatzzweck konzipierte Mühle zur Herstellung von Pulvern im Lebensmittelbereich verwendet. Die Mühle wird von der Firma Moulinex hergestellt und ist unter der Typenbezeichnung 320 im Handel erhältlich. Es wurde überraschenderweise gefunden, daß mit solch einer Labormühle eine besonders gute Fibrillierung von Pflanzenfa sern, insbesondere von Hanffasern erzielt werden konnte.At the first embodiment were the fibers of the invention produced by means of a laboratory mill. As a laboratory mill was a for another purpose designed mill for the production of powders used in the food industry. The mill is made by the company Moulinex and is commercially available under type designation 320. It was surprisingly found that with such a laboratory mill a particularly good fibrillation of Pflanzenfa fibers, in particular of hemp fibers could be achieved.

Die Labormühle besteht aus einem zylindrischen Stator und einem in der Achse des Statorzylinders angeordnetem Rotor. An dem Rotor sind zwei Messer befestigt, die sich radial zum Stator hin erstrecken. Bei einer radialen Länge der Messer von ungefähr 50 mm sind die beiden Messer in vertikaler Richtung um 12 mm gegeneinander versetzt. Die Labormühle zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß an der Innenwandung des Stators am Boden alle 10° Innenrippen vorgesehen sind, die sich ungefähr bis zur Höhe des oberen Messers an der Innenwandung parallel zur Rotorachse erstrecken. Es wird angenommen, daß die besonders gute Fibrillierung der Hanffasern durch diese Innenrippen erzeugt wird, da bei einer vergleichbaren Mühle ohne Innenrippen eine sehr viel schlechtere Fibrillierung der Hanffasern erzeugt wurde. Es wird ferner angenommen, daß bei einer Länge der Ausgangsfasern von weniger als 20 mm die Innenrippen verhindern, daß sich das Fasermaterial mit dem Messer mitdreht.The laboratory mill consists of a cylindrical stator and one in the axis of the Stator cylinder arranged rotor. There are two blades on the rotor attached, which extend radially to the stator. At a radial length the knife of about 50 mm are the two knives in the vertical direction by 12 mm against each other added. The laboratory mill is characterized in particular by the fact that on the inner wall of the stator on the ground every 10 ° inside ribs are provided, which are approximately up to the height of the upper knife on the inner wall extending parallel to the rotor axis. It is believed that the particularly good fibrillation of the hemp fibers by these inner ribs is produced, as in a comparable mill without inner ribs a very much worse fibrillation of hemp fibers was produced. It it is further assumed that in a length the starting fibers of less than 20 mm prevent the inner ribs that yourself the fiber material turns with the knife.

Beim ersten Ausführungsbeispiel wurden die erfindungsgemäßen Fasern dadurch erzeugt, daß Hanffasermaterial mit einem Schebenanteil von kleiner als 10 Gew.-% in die Labormühle gegeben wurde und dort zwischen 30 und 90 sek gemahlen wurde. Die Länge der Ausgangshanffasern war dabei kürzer als 20 mm.At the first embodiment were the fibers of the invention produced by hemp fiber material with a proportion of shives of less than 10 wt .-% in the laboratory mill given was ground there and between 30 and 90 sec. The length of the Starting hemp fibers was shorter as 20 mm.

1 zeigt Hanffasern, die wie vorstehend beschrieben mit der Labormühle fibrilliert wurden, wobei die Mahlzeit 90 sek betrug. Deutlich zu erkennen sind die Elementarfasern, von denen einzelne kleinere Fibrillen abzweigen. Wie bei den Aramidfasern ist eine Ende der Fibrillen mit der jeweiligen Mutterelementarfaser verbunden. 1 shows hemp fibers fibrillated with the laboratory grinder as described above, with the meal being 90 seconds. Clearly visible are the elementary fibers, from which individual smaller fibrils branch off. As with the aramid fibers, one end of the fibrils is bonded to the respective parent elementary fiber.

Die Fasern, die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hergestellt wurden, wobei die Labormühle 90 sek auf die Elementarfasern eingewirkt hat, werden im folgenden mit A bezeichnet.The Fibers, according to the first embodiment were prepared, with the laboratory mill 90 sec on the elementary fibers has been referred to in the following as A.

2. Zweites Ausführungsbeispiel:2. Second embodiment:

Im zweiten Ausführungsbeispiel wurde eine kommerzielle Mahlanlage der Firma Altenburger Maschinen Jäckering GmbH (Ultrarotor Modelltyp IIIa, 75 kw) verwendet. Eine solche Mahlanlage ist in der DE 35 43370 A1 beschrieben. Bei dieser Mahlanlage werden die Mahlgutpartikel innerhalb der Vielzahl von Luftwirbeln, die von den Mahlplatten erzeugt werden, auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt. Es wird angenommen, daß die gegenseitigen Stöße der Mahlgutpartikel den Mahlvorgang erzeugen. Insbesondere erfolgt das Mahlen nur zu einem geringen Teil durch das Zusammentreffen der Mahlgutteilchen mit den feststehenden und rotierenden Maschinenteilen. Aus diesem Grund wird die verwendete Mahlanlage hier als Wirbelluftmahlanlage bezeichnet.In the second embodiment, a commercial grinding plant from Altenburger Maschinen Jäckering GmbH (Ultrarotor Model IIIa, 75 kw) was used. Such a grinding plant is in the DE 35 43370 A1 described. In this mill, the regrind particles are accelerated to a high speed within the plurality of air swirls generated by the refining plates. It is assumed that the mutual collisions of the regrind particles produce the grinding process. In particular, the grinding takes place only to a small extent by the meeting of the Mahlgutteilchen with the fixed and rotating machine parts. For this reason, the grinding system used here is referred to as vortex air grinding plant.

Überraschenderweise konnten mit dieser Mahlanlage die mit der Labormühle hergestellten fibrillierten Fasern reproduziert und mit modifizierten Einstellungen der Mahlanlage sogar verbessert werden.Surprisingly The fibrillated fibers produced with the laboratory mill could be used with this grinding plant reproduced and with modified settings of the grinding plant even be improved.

Als Ausgangsmaterial zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verstärkungs- und/oder Prozeßfasern können organische Naturfasern oder Pflanzenfasern, wie beispielsweise Flachs-, Hanf-, Sisal-, Jute- oder Ramiefasern verwendet werden. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von ultraschallaufgeschlossenem Hanf als Ausgangsmaterial erwiesen. Der Anteil an Scheben ist hier in der Regel geringer als 10 Gew.-%. Die Länge des Ausgangsmaterials war kürzer als 20 mm. Des weiteren kann als Ausgangsmaterial ein Faser-Scheben-Gemisch verwendet werden, wobei der Schebenanteil zwischen 10 Gew.-% und 95 Gew.-% liegen kann.When Starting material for the production of the reinforcement according to the invention and / or process fibers may be organic Natural fibers or vegetable fibers, such as flax, hemp, Sisal, jute or ramie fibers are used. As a particularly advantageous has become the use of ultrasound hemp as Starting material proven. The proportion of shives is here in the Usually less than 10% by weight. The length of the starting material was shorter as 20 mm. Furthermore, as a starting material, a fiber-shaving mixture be used, wherein the proportion of shives between 10 wt .-% and 95 wt .-% may be.

Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wurden drei verschiedene fibrillierte Fasern aus Hanf hergestellt. Die Fasern wurden jeweils bei unterschiedlichem Unterdruck in der Mahlanlage vermahlen. Bei der Faser B1 betrug der Unterdruck, d.h. die Druckdifferenz zu Normaldruck, 45 mbar, bei der Faser B2 25 mbar und bei der Faser B3 12 mbar. Der Unterdruck bewirkt, daß das Fasermaterial durch die Mahlanlage hindurchgefördert wird, so daß die Verweilzeit des Fasermaterials in der Mahlanlage bei höherem Unterdruck kürzer ist. So war die Verweilzeit bei einem Druck von 12 mbar unter Normaldruck ca. 1 sek und bei den Unterdrücken von 25 und 45 mbar 1/2 sek und weniger. Während des Mahlvorgangs war die Temperatur in der Mahlanlage nie höher als 20°C.According to the second embodiment Three different fibrillated hemp fibers were produced. The fibers were each at different negative pressure in the Milling grinding plant. For fiber B1, the negative pressure, i. the pressure difference to normal pressure, 45 mbar, with the fiber B2 25 mbar and for fiber B3 12 mbar. The negative pressure causes the fiber material conveyed through the grinding plant so that the Residence time of the fiber material in the grinding plant at higher negative pressure is shorter. Thus, the residence time was at a pressure of 12 mbar under normal pressure about 1 second and at the suppression of 25 and 45 mbar 1/2 sec and less. During the grinding process was the temperature in the grinding plant never exceeds 20 ° C.

3. Vergleichsbeispiel C:3rd Comparative Example C:

Als Vergleichsbeispiel C wurden fibrillierte Fasern der Firma Schwarzwälder Textilwerke Heinrich Kautzmann GmbH, Schenkenzell untersucht, wobei als Ausgangsmaterial wiederum ultraschallaufgeschlossene Hanffasern verwendet wurden. Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind in Tabelle 1 gezeigt.When Comparative Example C were fibrillated fibers from Schwarzwälder Textilwerke Heinrich Kautzmann GmbH, Schenkenzell examined, using as starting material in turn, ultrasonically digested hemp fibers were used. The results of this study are shown in Table 1.

4. Vergleich der erfindungsgemäßen Fasern mit den Vergleichsbeispielen C:4. Comparison of the fibers according to the invention with Comparative Examples C:

Um die erfindungsgemäßen Fasern zu charakterisieren und mit den Vergleichsfasern zu vergleichen, wurden die fibrillierten Fasern mikroskopisch untersucht. Dabei wurde ein Mikroskop der Firma Carl Zeiss Jena (Binokular "Citoval 2"; Okular: 16-fach; Objektiv: Zoom 0,63 bis 6,3-fach) verwendet. Zur Festlegung des Maßstabs diente ein Okularmikrometer. Die geometrischen Abmessungen der Fasern und Fibrillen wurde halbquantitativ abgeschätzt, wobei die Genauigkeit (ein Sigma) auf 25 %, bezogen auf den jeweiligen Meßwert, abgeschätzt wird. Als Vergrößerung wurde bei der Vermessung der Faserlängen 10:1 gewählt (Objektiv 1,0-fach) und für die Vermessung der Faserdurchmesser 50:1 (Objektiv 5,0-fach).Around the fibers of the invention to characterize and compare with the reference fibers were examined the fibrillated fibers microscopically. It was a Microscope of the company Carl Zeiss Jena (Binocular "Citoval 2"; Eyepiece: 16x; Lens: Zoom 0.63 to 6.3 times). To set the scale was an eyepiece micrometer. The geometric dimensions of the fibers and fibrils became semi-quantitative estimated where the accuracy (one sigma) to 25%, based on the respective Measured value, is estimated. As enlargement was in the measurement of the fiber lengths 10: 1 selected (Lens 1.0-fold) and for the measurement of the fiber diameter 50: 1 (lens 5.0-fold).

Im folgenden werden die Begriffe, die zur Charakterisierung der fibrillierten Fasern verwendet werden, definiert.in the Following are the terms used to characterize the fibrillated Fibers are used, defined.

Faserbündel:Fiber bundles:

Als Faserbündel werden hier zwei oder mehr zumindest teilweise zusammenhängende Elementarfasern bezeichnet. Der Durchmesser eines Faserbündels liegt in der Größenordnung zwischen 0,04 mm bis 0,4 mm, wobei 80 Flächenprozent der betrachteten Fasern in diesem Bereich liegen. Bei Durchmessern größer 0,15 mm ist der Querschnitt des Faserbündels oval, wobei als Durchmesser die größte Quererstreckung angegeben ist.When fiber bundles here are two or more at least partially contiguous elementary fibers designated. The diameter of a fiber bundle is of the order of magnitude between 0.04 mm to 0.4 mm, with 80 area percent of those considered Fibers are in this area. For diameters greater than 0.15 mm is the cross-section of the fiber bundle oval, where as the diameter the largest transverse extent is specified.

Elementarfasern:Elementary fibers:

Als Elementarfasern werden Einzelfasern bezeichnet, wobei 80 Flächenprozent der betrachteten Fasern einen Durchmesser zwischen 0,01 mm bis 0,03 mm besitzen. Eine Elementarfaser stellt biologisch eine Zelle dar.When Elementary fibers are called single fibers, with 80 area percent The fibers considered have a diameter between 0.01 mm to 0.03 mm own. An elementary fiber biologically represents a cell.

Fibrillen:fibrils:

Als Fibrillen werden zum Zweck des hier durchgeführten Vergleichs an einem Ende mit einer Elementarfaser verbundene feinere Fasern bezeichnet, deren Durchmesser im Bereich zwischen 0,002 mm und 0,01 mm und deren Länge zwischen 0,01 mm und 0,1 mm liegt, wobei wiederum jeweils 80 Flächenprozent der betrachteten Fibrillen in diesem Bereich liegen.When Fibrils become one end for the purpose of the comparison made here denoted associated with an elementary fiber finer fibers whose Diameter in the range between 0.002 mm and 0.01 mm and their length between 0.01 mm and 0.1 mm, again each 80 area percent the considered fibrils are in this range.

Fibrillierungsgrad:fibrillation:

Durch den Fibrillierungsgrad soll abgeschätzt werden, welcher Anteil der Länge einer Elementarfaser Fibrillen aufweist. Hierzu wird bei der mikroskopischen Untersuchung eine Elementarfaser in Bereiche von 1 mm Länge eingeteilt. Daraufhin wird bestimmt, ob ein 1 mm langer Bereich mindestens eine Fibrille aufweist oder nicht. Der Fibrillierungsgrad ist dann die Anzahl der 1 mm langen Bereiche mit Fibrillen geteilt durch die Gesamtzahl der untersuchten Bereiche. Es ergibt sich demnach ein Fibrillierungsgrad von 100 %, wenn jeweils nach 1 mm mindestens eine Fibrille an der Elementarfaser auftritt. Falls Fibrillen in größeren Abständen als 1 mm entlang der Elementarfaser auftreten, ist der Fibrillierungsgrad geringer als 100 %.By the degree of fibrillation should be estimated, which proportion the length an elementary fiber has fibrils. This is done at the microscopic Investigation of an elementary fiber divided into areas of 1 mm in length. It is then determined whether a 1 mm long area at least one Fibril or not. The Fibrillierungsgrad is then the Number of 1 mm long areas with fibrils divided by the total number of the examined areas. This results in a Fibrillierungsgrad of 100%, if in each case after 1 mm at least one fibril at the Elementary fiber occurs. If fibrils are greater than 1 mm along the elementary fiber occur, the Fibrillierungsgrad less than 100%.

Anteil an Fibrillen:Proportion of fibrils:

Durch die Messung des Fibrillenanteils soll ein genaueres Verfahren zur Verfügung gestellt werden, um die Fibrillierung einer Elementarfaser zu erfassen. Hierzu werden Elementarfasern mikroskopisch untersucht. Es wird die Fläche in der Mikroskopaufnahme bestimmt, die die Fibrillen einnehmen, und die Fläche, die von den Elementarfasern eingenommen werden. Der Fibrillenanteil in Flächenprozent ergibt sich aus der Fläche der Fibrillen geteilt durch die Summe der von den Fibrillen und den Elementarfasern eingenommenen Fläche.By The measurement of fibril content is intended to be a more accurate method for disposal be placed to detect the fibrillation of an elementary fiber. For this elementary fibers are examined microscopically. It will the area determined in the microscope image, which occupy the fibrils, and the area, which are taken by the elementary fibers. The fibril content in area percent results from the area the fibrils divided by the sum of the fibrils and the elementary fibers occupied area.

Der Fibrillenanteil in Flächenprozent (Fl.-%) kann in einen Fibrillenanteil in Gew.-% durch die folgende Formel umgerechnet werden:

Figure 00100001
wobei a der Fibrillenanteil in Flächenprozenten ist und d das Verhältnis des Durchmessers der Elementarfaser zu dem Durchmesser einer Fibrille. Bei der Umrechnung wird als Näherung angenommen, daß die Fibrillen und die Elementarfasern die gleiche Dichte und jeweils über ihre gesamte Länge den gleichen Durchmesser aufweisen.The fibril content in area% (area%) can be converted into a proportion of fibril in wt% by the following formula:
Figure 00100001
where a is the fibril fraction in area percent and d is the ratio of the diameter of the elementary fiber to the diameter of a fibril. In the conversion, it is assumed as an approximation that the fibrils and the elementary fibers have the same density and the same diameter over their entire length.

Des weiteren bedeutet die Angabe "80 %" hinter einem Merkmal in Tabelle 1, daß 80 Flächenprozent der betrachten Fasern oder Fibrillen innerhalb des angegebenen Bereichs liegen.Of Further, the indication "80 % "behind one Feature in Table 1 that 80 Area percent of consider fibers or fibrils within the specified range lie.

Spezifische Oberfläche nach Blaine-Dyckerhoff:Specific surface after Blaine-Dyckerhoff:

Des weiteren wurde die spezifische Oberfläche nach Blaine-Dyckerhoff der Fasern bestimmt. Zur Messung wurde ein Luftdurchlässigkeitsverfahren nach Blaine (DIN EN 196, Ausgabe 3.90, Teil 6) verwendet. Die Versuchsdurchführung ist wie folgt:
Zunächst wird die Dichte Dd der zu messenden Fasern ermittelt. Bei Zellulosefasern liegt diese in der Regel zwischen 1,2 und 1,5 g/cm3, typischerweise bei 1,4 g/cm3. Aus dieser Dichte und dem in der Meßzelle zur Verfügung stehenden Volumen Vd ergibt sich die Masse Md des zu vermessenden Fasermaterials zu Md = Dd·Vd·e, wobei e die Porosität ist. Die Porosität ist als der Quotient aus dem Porenvolumen und dem Gesamtvolumen definiert. Sie hat hier den Wert 0,500. In der Meßzelle wird das Fasermaterial zwischen zwei Rundfilter kalt eingepreßt, bis der Meßzylinder völlig geschlossen werden kann. Bei dem Meßverfahren wird nun die Zeit gemessen, die eine bestimmte Menge Gas (in der Regel Luft) braucht, um bei einem fest vorgegebenen, anfänglichem Unterdruck das Fasermaterial in der Meßzelle zu durchströmen. Dabei wird die Zeit erfaßt, die der Flüssigkeitspegel in einem U-Rohrmanometer, das mit einem Ende der Meßzelle kommuniziert, braucht, um eine festgelegte Höhendifferenz zu durchlaufen.
Furthermore, Blaine-Dyckerhoff's specific surface area of the fibers was determined. The measurement was carried out using a Blaine air permeability method (DIN EN 196, Issue 3.90, Part 6). The Experimental procedure is as follows:
First, the density Dd of the fibers to be measured is determined. For cellulose fibers, this is usually between 1.2 and 1.5 g / cm 3 , typically 1.4 g / cm 3 . From this density and the volume Vd available in the measuring cell, the mass Md of the fiber material to be measured is given by Md = Dd · Vd · e, where e is the porosity. The porosity is defined as the quotient of the pore volume and the total volume. It has the value of 0.500 here. In the measuring cell, the fiber material is pressed cold between two round filter until the measuring cylinder can be completely closed. In the measuring method, the time is now measured, which requires a certain amount of gas (usually air) in order to flow through the fiber material in the measuring cell at a fixed, initial negative pressure. In this case, the time is detected that the liquid level in a U-tube manometer communicating with one end of the measuring cell needs to go through a fixed height difference.

Die spezifische Oberfläche nach Blaine-Dyckerhoff errechnet sich dann wie folgt:

Figure 00110001
wobei c ein durch Eichung bestimmter Koeffizient ist.The specific surface according to Blaine-Dyckerhoff is then calculated as follows:
Figure 00110001
where c is a coefficient determined by calibration.

Das oben angegebene DIN-Verfahren sieht einen festen Wert für die Porosität von 0,500 vor. Sollte das Volumen der Meßzelle für das verwendete Fasermaterial nicht ausreichen, so daß die aus der Dichte und dem Volumen der Meßzelle berechnete Masse des Fasermaterials tatsächlich kleiner ist, ist die Porosität wie folgt zu berechnen: e = 1 – Md/(Vd·Dd) The above-mentioned DIN method provides a fixed value for the porosity of 0.500. If the volume of the measuring cell is not sufficient for the fiber material used, so that the mass of the fiber material calculated from the density and the volume of the measuring cell is actually smaller, the porosity shall be calculated as follows: e = 1 - Md / (Vd · Dd)

Die spezifische Oberfläche nach Blaine-Dyckerhoff ergibt sich dann wie folgt:

Figure 00120001
The specific surface according to Blaine-Dyckerhoff is then given as follows:
Figure 00120001

Die Oberfläche nach Blaine-Dyckerhoff ist mit der tatsächlichen spezifischen Oberfläche korreliert, wobei die tatsächliche spezifische Oberfläche durch Normierung auf einen Vergleichsstandard mit bekannter spezifischer Oberfläche exakt bestimmt werden kann. Die in nachstehender Tabelle angegebenen Meßwerte sind jedoch nicht normiert, sondern geben die spezifische Oberfläche nach Blaine-Dyckerhoff an.The surface according to Blaine-Dyckerhoff is correlated with the actual specific surface, being the actual specific surface by normalizing to a comparison standard with known specific surface can be determined exactly. The specified in the table below readings however, they are not normalized but give in to the specific surface Blaine-Dyckerhoff.

Bei den Messungen wurde ein Luftdurchlässigkeitsprüfer der Firma Toni Technik, Berlin nach Blaine verwendet (Typ ToniPERM).at The measurements were carried out by an air permeability tester from Toni Technik, Berlin after Blaine used (type ToniPERM).

Der vorstehend angegebene durch Eichung bestimmte Koeffizient c war bei diesem Gerät ungefähr 1.200 sek–1/2 cm–1.The above-mentioned calibration coefficient c in this apparatus was about 1,200 sec -1/2 cm -1 .

Im folgenden werden in der Tabelle 1 die Ergebnisse der Messungen zusammengefaßt.in the The following summarizes in Table 1 the results of the measurements.

Tabelle 1:

Figure 00130001
Table 1:
Figure 00130001

Es wird bemerkt, daß beim Ausgangsmaterial der Fibrillierungsgrad kleiner als 20 Prozent und der Fibrillenanteil einer Elementarfaser kleiner als 1 Flächenprozent bzw. 0,2 Gewichtsprozent war. Es ergibt sich, daß die erfindungsgemäßen Fasern B1, B2, B3 und A alle einen höheren Fibrillierungsgrad und einen höheren Fibrillenanteil einer Elementarfaser als die Vergleichsfaser C aufweisen. Der Vergleich zwischen den gemäß Ausführungsbeispiel 1 (A) und den gemäß Ausführungsbeispiel 2 (B1, B2, B3) erzeugten Fasern zeigt, daß sich jeweils ein ähnlich hoher Fibrillierungsgrad ergibt, wobei sich der Fibrillierungsgrad und der Fibrillenanteil bei der im Ausführungsbeispiel 2 verwendeten Mahlanlage dadurch verbessern läßt, daß das Mahlen bei geringerem Unterdruck erfolgt, d.h. daß die Fasern länger in der Mahlanlage verweilen.It is noticed that when Starting material of fibrillation degree less than 20 percent and the fibril content of an elementary fiber is less than 1 area percent or 0.2 percent by weight. It follows that the fibers of the invention B1, B2, B3 and A are all higher Fibrillation degree and a higher fibril content an elementary fiber as the comparison fiber C. The comparison between the according to the embodiment 1 (A) and according to the embodiment 2 (B1, B2, B3) shows that in each case a similarly high Fibrillierungsgrad results, with the Fibrillierungsgrad and the fibril content in the embodiment 2 used Improve grinding system thereby that the grinding at a lower negative pressure, i. e. that the fibers are longer in dwell on the grinding plant.

Vergleicht man die jeweiligen spezifischen Oberflächen nach Blaine-Dyckerhoff der fibrillierten Fasern, ergibt sich hier auch hier, daß diese bei den erfindungsgemäß hergestellten Fasern höher ist als bei der Vergleichsfaser C. Die erfindungsgemäß hergestellte Faser B3 kommt dabei sogar an die spezifische Oberfläche nach Blaine-Dyckerhoff von fibrillerten Aramidfasern heran, die zwischen 7000 cm2/g und 12000 cm2/g liegt.If one compares the respective specific surfaces according to Blaine-Dyckerhoff of the fibrillated fibers, it is also found here that this is higher in the case of the fibers produced according to the invention than in the comparison fiber C. The fiber B3 produced according to the invention even reaches the Blaine specific surface area. Dyckerhoff of fibrillated aramid fibers approach, which is between 7000 cm 2 / g and 12000 cm 2 / g.

Die spezifische Oberfläche muß jedoch immer im Zusammenhang mit der mittleren Länge der Elementarfasern gesehen werden, da eine hohe spezifische Oberfläche auch durch stark eingekürzte zerriebene Elementarfasern erzeugt werden kann. In diesem Fall liegt jedoch ein anderer Fasertyp vor, der möglicherweise zwar auch Faserbruchstücke mit sehr kleinem Durchmesser aufweist, jedoch keine Fibrillen mit kleinem Durchmesser, die an ihren Mutterelementarfasern mit größerem Durchmesser hängen. Insofern ist die spezifische Oberfläche nach Blaine-Dyckerhoff für die Fibrillierung nur von begrenzter Aussagekraft.However, the specific surface area must always be considered in connection with the mean length of the elementary fibers, since a high specific surface area is also due to strongly shortened ground electrons mentarfasern can be produced. In this case, however, there is another type of fiber that may also have very small diameter fiber fragments but no small diameter fibrils attached to their larger diameter parent elementary fibers. In this respect, Blaine-Dyckerhoff's specific surface area for fibrillation is only of limited significance.

5. Mischung der erfindungsgemäßen Fasern mit fibrillierten Aramidfasern:5. Mixture of the fibers according to the invention with fibrillated aramid fibers:

Die erfindungsgemäßen fibrillierten Fasern lassen sich als Verstärkungs- oder Prozeßfasern verwenden. Insbesondere lassen sich die erfindungsgemäßen Fasern vorteilhaft in Dichtungen und Reibbeläge sowie in Verbundwerkstoffen, z.B. im Kunststoff- und Baustoffbereich einsetzen.The fibrillated according to the invention Fibers can be used as reinforcement or process fibers use. In particular, the fibers of the invention can be advantageous in seals and friction linings and in composite materials, e.g. in the plastic and building materials sector.

Des weiteren lassen sich mit den erfindungsgemäßen fibrillierten Fasern besonders vorteilhaft Mischfasern herstellen, wenn sie mit reinen fibrillierten Aramidfasern gemischt werden. Derartige Mischfasern besitzen eine besonders hohe Festigkeit sowie eine fast identische Fibrillenstruktur wie reine Aramidfasern, so daß auch diese sich beispielsweise in Dichtungen und Reibbelägen einsetzen lassen. Dabei können die fibrillierten Pflanzenfasern in dem Gemisch in einem Gewichtsanteil von 10 % bis 90 % vorgesehen sein, wobei sich ein Anteil zwischen 50 % und 80 % als besonders vorteilhaft erwiesen hat. In den 2 und 3 sind Mikroskopaufnahmen derartiger Mischfasern dargestellt, wobei in 2 fibrillierte Aramidfasern zu 20 Gewichtsprozent und fibrillierte Hanffasern zu 80 Gewichtsprozent in dem Gemisch enthalten sind und bei dem in 3 dargestellten Gemisch fibrillierte Aramidfasern und fibrillierte Hanffasern in gleichen Gewichtsanteilen enthalten sind. Der Maßstab ist in allen Aufnahmen gleich. Er ergibt sich aus 4.Furthermore, mixed fibers can be produced particularly advantageously with the fibrillated fibers according to the invention if they are mixed with pure fibrillated aramid fibers. Such mixed fibers have a particularly high strength and an almost identical fibril structure as pure aramid fibers, so that they can be used for example in seals and friction linings. The fibrillated plant fibers may be provided in the mixture in a proportion by weight of 10% to 90%, with a proportion between 50% and 80% has proven to be particularly advantageous. In the 2 and 3 Microscope images of such mixed fibers are shown, in 2 fibrillated aramid fibers of 20% by weight and fibrillated hemp fibers of 80% by weight are contained in the mixture and in 3 shown mixture fibrillated aramid fibers and fibrillated hemp fibers are contained in equal proportions by weight. The scale is the same in all pictures. He turns out 4 ,

6. Faser-Scheben-Gemische:6. Fiber-Shaving Mixtures:

Des weiteren können erfindungsgemäß Faser-Scheben-Gemische fibrilliert werden. Derartige Gemische sind kostengünstiger als die Verwendung reiner Fasern als Ausgangsmaterial und sind bei speziellen Anwendungen, bei denen zusätzliche Füllstoffe erwünscht sind, vorteilhaft.Of others can According to the invention fiber-shaving mixtures be fibrillated. Such mixtures are cheaper as the use of pure fibers as starting material and are at special applications where additional fillers are desired, advantageous.

Unter Scheben versteht man die nicht Bastfasern enthaltenen, holzigen Bestandteile der Faserpflanzen.Under Shoveling is understood to mean the non bast fibers contained, woody Components of fiber plants.

Das Faser-Scheben-Gemisch wird als Ausgangsmaterial für die Fibrillierung, wie sie im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, verwendet. Nach Durchführung der Fibrillierung erhält man fibrillerte Elementarfasern der Pflanzen bzw. organischen Naturfasern einerseits und gemahlene Scheben andererseits. Um weitgehend schebenfreie Verstärkungs- oder Prozeßfasern zu erhalten, kann der Schebenanteil des Ausgangsprodukts unter 10 Gew.-%, vorteilhaft unter 2 Gew.-% liegen. Ist ein höherer Schebenanteil, beispielsweise als zusätzlicher Füllstoff gewünscht, liegt dieser typischerweise zwischen 25 Gew.-% und 75 Gew.-% (Ganzpflanze). Allgemein kann der Schebenanteil zwischen 0 Gew.-% und 95 Gew.-% liegen.The Fiber-shaving mixture is used as starting material for the fibrillation, as described in the first and second embodiments is used. After execution receives the fibrillation Fibrillated elementary fibers of plants or organic natural fibers on the one hand and ground shives on the other. To a large extent jack-free gain or process fibers To obtain the Schebenanteil of the starting product under 10 % By weight, advantageously less than 2% by weight. Is a higher proportion of shives, for example, as an additional filler desired this is typically between 25 wt .-% and 75 wt .-% (whole plant). In general, the proportion of scrap can be between 0% by weight and 95% by weight. lie.

7. Reibbeläge7. friction linings

Reibbeläge umfassen neben den erfindungsgemäßen Fasern im allgemeinen organische und/oder anorganische Füllstoffe, Schmierstoffe, organische Bindemittel und/oder Metalle oder Metallverbindungen. Im allgemeinen enthalten die Reibbeläge etwa 0 bis 70 Gew.-%, insbesondere 1 bis 70 Gew.-%, Metalle, etwa 3 bis 50 Gew.-% Füllstoffe, etwa 10 bis 45 Gew.-% Schmierstoffe und etwa 3 bis 25 Gew.-% Fasern. Als Schmierstoffe sind Graphit, Molybdändisulfid, Antimontrisulfid, Bleisulfid oder Zinnsulfide (SnS, SnS2) brauchbar. Wenn Zinnsulfide als Schmierstoffe verwendet werden, sind sie im allgemeinen in einer Menge von 0,5 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 8 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Schmierstoffe, enthalten.In addition to the fibers according to the invention, friction linings generally comprise organic and / or inorganic fillers, lubricants, organic binders and / or metals or metal compounds. In general, the friction linings contain about 0 to 70 wt .-%, in particular 1 to 70 wt .-%, metals, about 3 to 50 wt .-% fillers, about 10 to 45 wt .-% lubricants and about 3 to 25 wt .-% fibers. As lubricants graphite, molybdenum disulfide, antimony trisulfide, lead sulfide or tin sulfides (SnS, SnS 2 ) are useful. When tin sulfides are used as lubricants, they are generally contained in an amount of 0.5 to 10% by weight, preferably 2 to 8% by weight, based on the total amount of the lubricants.

Claims (3)

Verfahren zur Herstellung von Verstärkungs- und/oder Prozeßfasern auf der Basis von Pflanzenfasern, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial in einer Wirbelluftmahlanlage gemahlen wird.Process for the production of reinforcing and / or process fibers based on vegetable fibers, characterized in that the fiber material is ground in a fluidized air mill. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial vor dem Mahlen durch Ultraschall aufgeschlossen wurde.Method according to claim 1, characterized in that that this Fiber material was digested by ultrasound before grinding. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial ein Faser-Scheben-Gemisch verwendet wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that as Starting material is a fiber-shaving mixture is used.
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